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1、第30卷第12期環(huán)境化學(xué)2011年12月ENVIRONMENTALCHEMISTRY*滇池底泥制備的生物炭對(duì)菲的吸附-解吸摘要將滇池草海底泥在不同燒制溫度下制成生物炭，并用元素分析法表征其元素組成，溴化鉀壓片法表征其紅外光譜，CO2和N2法表征其比表面積、孔體積、孔徑．以菲作為模型化合物來(lái)研究有機(jī)污染物在生物炭上的吸附-解吸行為，以此深入了解生物炭施用中對(duì)有機(jī)污染物環(huán)境行為和風(fēng)險(xiǎn)的影響．結(jié)果表明，生物炭隨燒制溫度升高，芳香性升高、親水性降低、極性降低．生物炭隨燒制溫度升高，對(duì)水中菲的吸附能力不斷增強(qiáng)．解吸滯后效應(yīng)隨生物炭燒制溫度升高而不斷增強(qiáng)，這與分配作用和孔隙填充作用有
2、關(guān)．關(guān)鍵詞生物炭，多環(huán)芳烴，土壤改良，解吸滯后，非線性吸附．生物炭是生物質(zhì)經(jīng)過(guò)熱解后形成的具有多孔特性的木炭，它在土壤改良中的應(yīng)用不僅可以提高土［1］壤的pH，增加總氮和總磷，促進(jìn)植物根系的生長(zhǎng)，利于真菌類和微生物的生長(zhǎng)，而且能夠提升營(yíng)養(yǎng)物［2］質(zhì)的保留和水分儲(chǔ)蓄能力．這些特性使生物炭作為潛在的土壤改良劑而在荒漠化治理和改觀干旱農(nóng)［3-4］［5］業(yè)等方面發(fā)揮重要作用．此外，生物炭在減緩全球環(huán)境惡化方面的作用也顯得越來(lái)越重要．生物炭可以作為CO2、CH4等氣體的吸收匯而將其固化在土壤中，這不僅可以改良土壤水文特性，為植物提供［6］廣泛的C源，而且可以降低溫室氣體對(duì)全球變暖的
3、貢獻(xiàn)．研究表明，環(huán)境中普遍存在的生物質(zhì)如木材、城市垃圾、家畜禽遺體、糞便，都可以作為制備生物炭的材料，這些材料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，因此生物炭的低成本和可持續(xù)性預(yù)示它將是未來(lái)主要的環(huán)保能源．生物炭作為一種新型的炭材料，具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值．滇池草海底泥的有機(jī)質(zhì)含量高(50%以上)，所以具有制備生物炭的潛在可行性;而且，滇池的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，其底泥的處理也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題．若能將底泥制備的生物炭應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，則既解決了相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題，又為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值．生物炭作為土壤改良劑施用，一個(gè)重要問(wèn)題是這個(gè)過(guò)程會(huì)改變各種污染物的環(huán)境行為．多環(huán)芳烴(PAHs)包括了大量的有機(jī)污染
4、物，具有基因誘變、致癌作用，而且在低濃度就呈現(xiàn)了環(huán)境毒性．多環(huán)芳烴在土壤中的吸附-解吸研究已是當(dāng)今熱點(diǎn)，但是關(guān)于生物炭對(duì)于有機(jī)污染物環(huán)境行為影響的研究卻鮮為人知．在對(duì)多環(huán)芳烴的研究中，關(guān)于菲的環(huán)境行為模擬研究具有最好的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備．因此，本文以菲作為多環(huán)芳烴的模型化合物來(lái)研究有機(jī)污染物在生物炭上的吸附-解吸行為，以此深入了解生物炭施用中對(duì)有機(jī)污染物環(huán)境行為和風(fēng)險(xiǎn)的影響．本研究用滇池草海沉積物制備生物炭，探討菲在其中的吸附機(jī)理及生物炭理化特征對(duì)菲吸附的影響，為生物炭環(huán)境效應(yīng)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和合理使用提供重要的理論依據(jù)．1材料與方法1．1吸附劑的制備實(shí)驗(yàn)采用滇池草海底泥作為生物質(zhì)代表，
5、手工剔除底泥雜物，冷凍干燥，然后經(jīng)研磨粉碎，過(guò)60目篩．在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，分別于200℃、300℃、400℃和500℃在馬弗爐中灼燒4h，冷卻至室溫后取出裝于2011年3月26日收稿．*昆明理工大學(xué)學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新基金課題(2010BA160);國(guó)家自然科學(xué)基金(40973081，40803034);教育部留學(xué)回國(guó)人員啟動(dòng)基金;云南省學(xué)術(shù)帶頭人后備人才項(xiàng)目資助．＊＊通訊聯(lián)系人，Tel:+86-871-5102829;E-mail:kustless@gmail．com12期陳寧等:滇池底泥制備的生物炭對(duì)菲的吸附-解吸2027棕色瓶中，待用．制得的樣品標(biāo)記為T0、T200、T
6、300、T400和T500，數(shù)字表示相應(yīng)燒制溫度(T0為原沉積物)．1．2吸附劑的表征［7］本實(shí)驗(yàn)采用溴化鉀壓片法對(duì)所制備的生物炭進(jìn)行傅立葉紅外光譜(Varian640-IR)表征．紅外光－1－1［8］譜為在4000—400cm波數(shù)范圍內(nèi)以8cm精度掃描20次獲得的光譜．生物炭用元素分析儀(ElementarMicroCube)分析其C、H和N含量，并用該設(shè)備的專用模式分析O含量．用BET方法分別在CO2和N2作為介質(zhì)的條件下，測(cè)定生物炭的比表面積、孔體積和孔徑．1．3吸附-解吸實(shí)驗(yàn)步驟－1將菲(AcrosOrganics，分析純，97%)在甲醇中配制成1200mg·L儲(chǔ)
7、備液待用;稱取2．00mg固體－1樣品于8mL的樣品瓶中，并分別加入不同濃度的菲溶液．菲溶液由儲(chǔ)備液在背景溶液(0．01mol·L－1－1CaCl2和200mg·LNaN3)中逐級(jí)稀釋為0．10—1．20mg·L的7個(gè)濃度點(diǎn)，每個(gè)濃度點(diǎn)有兩個(gè)重復(fù);背景溶液中的CaCl2用來(lái)絮凝固體顆粒以保持其完整性;NaN3用于滅菌，防止菲的生物降解．樣品瓶在－1－125℃下避光，60r·min旋轉(zhuǎn)振蕩7d;預(yù)備試驗(yàn)表明吸附平衡在7d完成．吸附平衡后，以2000r·min的速度離心15min;取6．00mL上清液，加入8．00mL正己烷萃取，
